双规准反应谱与统一设计谱理论
《反应谱理论》
计算方法。从此,结构的地震反应分析进入了动力阶 段!
其主要优点: 1、一般情况下,基于线性假定,应用反应谱法只取少
数几个低阶振型就可以取得较为满意的效果,计算 量小;
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桥梁抗震与抗风 第二章 反应谱理论
2、将时变问题化为拟静力问题,易为工程师所接受。
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2.4 中国公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)
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桥梁抗震与抗风2.5 空间结构 Nhomakorabea反应谱方法
空间结构受到来自任意方向的地震作用时,其运动方程为:
1一般情况下基于线性假定应用反应谱法只取少数几个低阶振型就可以取得较为满意的效果计算桥梁抗震与抗风埃菲尔铁塔的整个塔体结构高耸上窄下宽给人以平衡稳定的美感
桥梁抗震与抗风
第一篇、桥梁抗震
陈志军
华中科技大学土木工程与力学学院道路桥梁系 2003. 7
桥梁抗震与抗风 第二章 反应谱理论
2.1 概论 1943年,M.A.Biot提出了反应谱的概念,给出了世
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2.2 反应谱法的基本原理
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【doc】几类反应谱的概念差异及其意义
几类反应谱的概念差异及其意义连及设并几类反应谱的概念差异及其意义一,前言李杰(化工部抗震防灾研究室)反应谱理论是工程结构抗震设计的基础理论之一.近年来,关于反应谱的研究工作日趋复杂而广泛.例如,在《建筑抗震设计规范(GBJ11—89)》中给出的设计反应谱考虑了远,近震的影响,并将场地类别划分为四类而在"构筑物抗设计规范"(送审稿)中,则将场地参数连续化,通过场地指数给出具体设计反应谱在关于地震危险隆分析的研究中,提出了考虑震级,距离影响的基岩反应谱和基于地震危险性分析的一致危险性反应谱.在城市抗震设防区划的研究工作中,提出了双参数标定谱和考虑场地随机性影响的均值反应潜等.上述反应谱还都是基于确定性结构的弹性反应谱而言的,如果再进一步考虑结构参数的非确定性和结构进入非线性的可能性,还能衍生出更多种类的反应谱在这种复杂背景的另一方面,近年来在设计规范中对地震动参数的取值规定存在着相对放宽约束,趋向采取双轨制或多种考虑的倾向.例如,我国《建筑抗震设计规范(GBJll--89)》中就明确指出;"对做过抗震防灾规划的城市,可按批准的抗震设防区划(设防烈度或设计地震动参数)进行抗震设防".—般说来,经过批准的抗震设防区划,对区划范围内的场地都同时作出关于设防烈度和设计反应谱的具体规定.作者发现,在近年来一些藏市防灾规划7?1嘶中,规定的反应谱往往并未严格掌握不同类型的谱的含义,存在着误用,混用的现象,这种状况,有可能给工程设计带来混乱.有鉴于此,本文拟以确定性结构的弹性反应谱为背景,讨论几种常见类型谱的概念及工程意义,讨论的重点将放在关于反应谱概率意义的考虑方面.希望通过这种讨论,有助于澄清一些基本概念,为工程结构的抗震设计提供一些概念上的帮助二,地震反应谱与设计反应谱众所周知,反应谱是指单质点体系地震最大反应与结构自振周期之间的关系在这种一般意义的基础上,反应谱又有地震反应谱与设计反应谱的概念区别.所滑地震反应谱,是指针对具体地震记录计算的反应谱,例如,绝对加速度反应谱:,lnsa(∞)一lIaO)e一…'lJ0sin[o~(t—t)+2旺]d'rl(1)式中:一∞tga一√r=地震反应潜在本质上反映的是地震动强度与频谱特性,这是因为:任何一条地震反应谱曲线都是许许多多具有不同动力特性的单质点结构对一个地震动时程的动力最大反应按T排列起来的结果,因此,从总体上说,地震反应谱不反映具体的结构特陛,而是反映地震动的特性.换句话说,9地震反应谱是从动力特性沿频率方向"滑动"的单质点体系动力最大反应这个特殊角度来描述地震动特性的通过对不同地震记录的地震反威普的综合分析,将给出设计反应谱,在本质上, 设计反应谱是对设计地震力的一种规定. 这是困为,设计反应谱并不反映一次具体的地震动过程的特性,而是从工程设计的角度在总体上把握地震动特性.这种把握, 可以是统计平均意义上的把握,也可以是严格概率意义上的把握将设计反应谱与地震反应谱在概念上区分开来,有利于在更广泛的背景下研究设计地震力.图1是两类谱的—个典型对比.周期(9)圈1.地麓反瘟谱与设计反应谱三,几类反应谱的概念差异工程上,常将反应谱用地震影响系数曲线加以表示,即将反应谱除以重力加速度:1Oa—sa(2)g对上式加以变换Ⅱ:S—a.:K.8(3)g‰其中:K=‰称为地震系数8一sa/‰称为动力放大系数.这祥,就将反应谱分解为强度特性K和频谱特性日两个部分.由于实际的地震动受多种复杂因素影响,因此,地震动无论在强度还是在频谱含量上都具有强烈的随机性.在确定性结构弹性反应谱的框架范围内,不同类型的反应谱之间的差异主要表现在对这两个l逮机性的处理上面. 1?,规范设计反应谱这里以"建筑物抗震设计规范"(GBJ11--89)为背景讨论规范设计反应谱的基本思想是以地震区划给定的基本烈度作为设防烈度依据确定K,以历史地震记录的动力放大系数曲线的统计平均值为依据确定B.由于地震危险性分析技术的发展与应用,目前对K值的规定是具有严格概率含义的.例如,对于设防烈度,地震动加速度幅值的超越概率一般取为10.在此基础上,进—步考虑"小震不坏,中震可修,大震不倒"的设计思想,演绎出了两阶段设{十的方法.关于小震强度验算,地震动加速度幅值的超越概率为63.2,而关于大震变形验算,地震动加速度幅值的超越概率为2 ~3.然而,规范设计反应谱关于B的取值并无严格的概率含义,而只具有一种准概率含义的修正统计平均性.在规范的背景研究中,通常是将实际地震记录按场地条件,震级与距离条件分类,对于每_:类别内的地震记录样本,计算动力放大系数曲线, 进而选取一些离散周期点分别关于( (T),i=1,2,……}进行统计平均,以平均直的连线为基础进一步平滑,修整,使之成为标准的动力放大系数曲线.平滑,修整前后的0谱对比如图2.(b)修整后图2.反应港的修整规范设计反应谱合理地解决了关于地震动强度不确定性问题,面对频谱含量不确定性则只作了均随意义上的近似处理.并且,由于规范谱本质上是以加速度峰值标定反应谱(一般说来,这种标定仅适用于高频段),因此,设计反应谱所规定的地震力在不同谱值处的概率含义是不同的.换句话说,对于不同周期结构,按规范反应谱求得的设计地震力的概率保证率是不一致的.2,-一致危险睦反应谱一致危险陆反应谱的基本含义是在不同周朔处的反应谱值具有相同的超越概率值.这一类反应谱源于地震危险性分析的研究工作,根据对基岩地震记录反应谱的统计分析,可以建立不同周期点的基岩地震动衰减关系.通常,取震级与距离作为统计公式中的基本变量,在给定了震级与距离的前提下,可以由基岩反应谱的衰减关系中给出具体反应谱(图3),这样,便有了所谓考虑震级,距离影响的基岩反应谱的概念.从概率意义上看,这类反应谱只具有关于历史地震记录的统计均值含义,而不具有超越概率的含义.因此,可称此类谱为基岩均值反应谱.在地震小区划中,若采用危险震源法,即依据设防概率水平和地震动峰值的危险性曲线判断一组起控制作用的等效潜在震源,则可以基岩均值反应谱作为基岩地震动输入的依据.图基岩均值厦直谱在另一方面,若采用地震危险性分析方法关于主要周期点处分别计算参数Sa (T)的地震危险性曲线,则可以从这一簇地震危险性曲线中,按照统一设定的设防概率水准给出一致危险性反应谱(图4). 此时,反应谱曲线上的各点具有统一的超越概率.显然,这种做法所耗费的计算量是巨大的.1l图4-基岩●致危险性反应谱应该指出,基岩反应谱只反应了基岩地震动的特性.其中,基岩均值反应谱从统计平均意义上同时反映了K,13的随机性, —致危险性反应谱则主要是从幅值超越概率意义上反映了K,8的随机性影响.由于以统计平均的地震动衰减关系作媒介求取地震危险性曲线,一致危险性反应谱仍未完全考虑频谱特性的概率变化特征.12图5.随机场地反应谱3,考虑场地随机性影响的反应谱基岩反应谱只反映了基岩地震动的特性,因此不能直接作为设计谱.设计谱的获取尚应考虑场地条件的影响.由于场地土层分布特征的不确定性,场地土层刚度的变异性,使场地地震反应谱表现出显着的随机性,图5是用蒙特卡洛模拟方法计算的反应谱,土层参数的变异性使得反应谱的中民周期部分表现出巨大的离散性,这种离散性甚至高于不同地震动输入引起的反应谱变异(图8).这种对比,使我们可能直接从土层参数变异性的角度把握反应谱频率含量的变异性,而将地震动输入的变异性包括在其中而不单独考虑.固6.不同地菇输入的场地反应谱当采用均值反应谱概念时,可以以基岩均值反应谱为基础,利用随机场地地震反应分析方法确定场地均值反应谱f3(T). 而若采用基岩一致危险性反应谱作为输入,则可以采用随机场地反应分析方祛确定场地的等概率反应谱.从现有计算结果推断,由于土层剐度的影响,不同周期处0 (T)的分布将具有偏态分布(如对数正态分布)的特征.在考虑土层参数随机性影响时,场地地震动幅值亦有一定幅度的改变,这在规范反应谱中是难以反映的.4,双参数标定反应谮双参数标定反应谱将反应谱的蜘昔持征变化与橱值变化统一在一起考虑.其反应谱表达方式为(hn速度):r2laI+b】}T0≤T≤T】一1b2aLT】≤T≤T2()Lb3vjTT2≤T≤T式中,b,b,ba,r为标定常数,aj,Ⅵ为地震动0§值加遗度与峰值建度.T,T为反应谱拐点周期.Ts一3秒.根据拐点处连续条件可在T,T:与aJ,Ⅵ之间建立起定量关系.双参数反应谱,既适用于基岩反应谱,也适用于地表设计反应谱,所不同的仅在于,Ⅵ的取值和标定常数时的(T)的样本取值,即对于基岩反应谱,应取地震危险性分析给定的一致危险陛地震动参数a,v{ 和基岩记录(T)样本{对于设计反应谱,则应取基于场地地震危陛分析结果的地震动小区划分av值和相应B(T)掸率.作为一般设计谱,也可以取历史强震记录样本岛(T)来确定标定参数.双参数标定谱图例见图7.图7.双参数标定匣应谱从概率意义上看,双参数标定谱主要反映设计地震动强度的超越概率特征,而对频率含量钓不确定性同样是从等效统计均值的角度把握的因此,双参数标定反应谱是与规范设计反应谱平行的一种反应谱.它不能从概率意义上反映场地参数随机陛造成的影响.四,不同反应谱概念差异的工程意义不同类型的反应谱的概念差异有两方面的工程意义.其一,是工程设计中谱的选用l其二,是结构的抗震可靠度评定中对不同类型谱的要求.在工程设计中,规范反应谱,基于地震小区划的双参数标定谱,考虑场地参数变异性的均值反应谱,都可以直接应用于一般工程结构的设计之中,而基岩均值反应谱,基岩一致危险睦反应谱不能直接应用于一-般工程结构的设计之中.当工程结丰句的基础不是童接建于基岩之上时,尤其如此.在一些城市抗震设防区划中,以基岩一致危险性反应谱作为场地设计反应谱,是存在概念错误的.结构的抗震可靠度评定问题是建立在如下的一般准则之上的.结构在使用期限内的失效概率(R<s)=IPf(R<s】y)(y)dyJ口(5)式中,S为结构地震作用效应}R为结构抗力,(y)为给定时限的地震动幅值参数的概率密度函数取等效变量R—R/YS—s/v(6)则式(5)可变为:(R<s)一I(R<s】Y)'(Y)dYJ口(7)等效变量S是与结构动力放大系数等价的一类变量,可以证明,两者具有相同的变异系数和框类似的概率分布密度.于是,地震动幅值的不确定性(Y)可以通l3过地震危险性分析计算给出,而结构在给定地震动滴值条件下的抗震可靠度将与地震动频率含量的变异性取得联系a因此,在结构的抗震可靠度评定问题中,不可避免地要求事先确立13(T)谱的概率分布或变异系数(在假定日(T)为正态分布或对数正态分布前提下)由前节分析对比中我们知道:规范设计反应谱,双参数标定谱对应的B(T)谱均不具备日(T)在诸周期点的概率分布或变异系数的信息;基岩均值反应谱与一致危险性反应谱也不具备这种信息.仅有考虑场地土层随机参数变异性的反应谱可以提供这类信息,因此,从结构抗震可靠度评价角度看,采用考虑场地土层参数随机性的反应谱是较为合适的.关于规范设计反应谱和双参数标定谱,近年来也进行了关于日(T)谱变异性的研究,但这类研究—般需要大量实测强震加速度记录,且由于将不同场地或不同震级与距离条件的谱统一加以平均,因此离散性较大.而采用考虑场地参数变异性的方法研究B谱的变异性,可以弥补上述不足.从已有研究结果分析,作者倾向于认为,B谱的变异性,主要由于场地类别和场地土的变异性引起,而震级与距离;l起的日谱变异性可以包含在前述变异性之中, 当采用基岩均值潜或基岩一致危险性谱作为基岩输入计算地表地震反应时,问题尤为如此.五,结语反应谱主要反映了地震动的幅值特性与频谱特性,这两类特性都具有强烈的随机性.从一般意义上说,关于幅值特性的随机性可以从地震动幅值超越概率的角度加以把握,而关于频谱特性的随机性则应从动力放大系数曲线的变异性角度来考察. 在确定性结构弹性反应谱的概念范围内, 目前存在几类概念上有明显差异的反应谱,这些差异主要体现在对上述两类随机性的处理已无论在工程设计还是在结构抗震可靠度评价中,区分不同类型谱并适当地加以运用都具有重要的基础意义. (上接第74页)算法,该算法可以看作纽马克13法的推广; 3,该算法的优点在于不仅能考虑坝一基,坝一库和库.基界面上的相互作用,而且能够考虑波在地基和库水边界的吸收效应;4,利用该算法所做的几个反应分析表明,与由其他研究者得到的已有的结果符合得很好,说明了所提方法的有效性;5,通过几个反应分析,看来可以对坝一基一库系统的振动特性作出例如下列几点结论:(a)由地面运动冲击荷载产生的动水压力对第一阶振动反应的影响很小; (b)然而,动水压力趋于抑制高阶振型的振动并降低高阶振动频率;(c)地基与库水间的相互作用对动水压力的衰减有重大的影响译自:EarthquakeEngineeringand StructuralDynamics,v.22,n.3,1992.原题:AFE--BEMethodForD}mam—ieAnatysisofDam--Foundation——Rcserv—lotSystemintheTimeDomain.(卞启译)。
反应谱法的概念
反应谱法的概念反应谱法(Response Spectrum Method)是结构工程中常用的一种分析方法,通过建立结构的加速度-频率响应函数,来对结构在地震作用下的反应进行评估。
它是一种时程分析方法,通过输入合适的地震动输入,模拟结构在地震中的动力响应,并获得结构的最大位移、加速度、剪力等重要指标,以评估结构的抗震性能和结构的安全性。
反应谱法最早由美国地震工程师Nathan M. Newmark在20世纪50年代初提出,是基于结构动力学理论发展而来的一种计算方法。
它是一种简化的分析方法,相比于详细的时程分析,反应谱法考虑了地震波的周期特性和结构的固有特性,能更快速、有效地评估结构在地震中的反应。
反应谱法的核心思想是将地震动输入与结构的动力特性分离开来进行分析。
它假设结构的响应与地震输入的频率有关,而与具体的振幅无关。
在反应谱法中,定义结构的反应谱为在不同频率下结构的峰值加速度、速度或位移(或其他重要参数)。
通常,反应谱法的步骤如下:1.选择一组不同频率下的地震波输入。
2.通过动力分析方法(如有限元分析)计算每个地震波输入下结构的动力响应。
3.对每个地震波输入下的结构响应进行峰值提取,并与对应的频率进行对比。
4.根据一系列提取的峰值与频率点,绘制出结构的反应谱曲线。
反应谱曲线可以用于评估结构的抗震性能,并作为结构设计、修正因素以及抗震评估的依据。
反应谱法可以直观地展示不同频率下结构的响应情况,使得工程师能够更好地理解结构的动力性能和瓶颈,并针对性地进行抗震设计和优化。
反应谱法的优点之一是有效地考虑了结构的非线性特性。
由于结构在地震中会发生非线性变形和破坏,传统的弹性分析方法无法准确地预测这些情况。
而反应谱法可以通过选择不同的地震波输入,模拟结构在不同强度和频率的地震下的响应,更好地预测结构的非线性行为。
此外,反应谱法的应用范围广泛。
它可以用于设计新建筑物的抗震性能评估,也可以用于现有建筑物的抗震加固优化。
规范反应谱理论介绍
的算式。如果考虑单自由度结构的变形, 考虑动力放
大效应, 则相应的算式应为:
P=( W g)·Sa( T; l )
⑼
式中: Sa( T; l ) 为加速度反应谱的谱值( 周期 T 和阻尼
比 l 已取单自由度结构的对应值) 。上式可改写为:
2008 年 4 月 第 4 期
广东土木与建筑
APR 2008 No.4
第4期 2008 年 4 月
广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING
规范反应谱理论介绍
No.4 APR 2008
杨穗华
( 广州市城市规划勘测设计研究院 广州 510060)
摘 要: 近年计算机辅助建筑结构设计的能力不断加强, 新的结构抗震计算方法使得结构地震反应的精确计算 成为可能, 结构设计规范中已明确提出一般高层建筑都应采用振型分解反应谱法进行分析, 文中从规范的要求 出发详细介绍反应谱分析的基本理论及其计算方法。 关键词: 反应谱的概念; 地震反应谱的方法; 加速度反应谱方法; 振型参与系数
应谱也是一种标准反应谱, 它们比场地相关反应谱
包含更多的统计信息、震害经验和设计实践经验, 适
用范围自然更广。现行建筑抗震设计规范中列入的
地震影响系数曲线 a ( T) 虽然也是一种谱曲线, 但与
上述经统计的加速度反应谱曲线 Sa( T) 或动力系数 b ( T) 有区别, 其关系式分别为:
a ( T) =cSa( T) g =kcb ( T)
目前规范中对不同结构采用不同分析方法在各 国的抗震规范中均有体现, 底部剪力法和振型分解 法仍是基本方法, 时程分析法则作为补充计算, 对特 别不规则、特别重要或较高的高层建筑才要求采用。
规范设计反应谱理论初探
规范设计反应谱理论初探发表时间:2014-12-29T14:26:03.513Z 来源:《价值工程》2014年第7月中旬供稿作者:张鑫[导读] 分析了结构地震反应分析中的反应谱理论,分别得出了绝对加速度反应和伪加速度反应的公式。
张鑫ZHANG Xin曰孟健MENG Jian(东北电力设计院,长春130021)(Northeast Electric Power Design Institute,Changchun 130021,China)摘要:分析了结构地震反应分析中的反应谱理论,分别得出了绝对加速度反应和伪加速度反应的公式。
通过Matlab 编程,在ElCentro (1940,NS)地震波作用下,对结构的绝对加速度和伪加速度反应进行了比较分析。
同时按照规范的设计反应谱对结构不同阻尼下和不同场地条件下的地震影响系数进行了比较分析。
为工程抗震设计提供便捷有效的分析手段。
Abstract: The paper analyses the response spectrum theories. The mathematical forms of the acceleration and pseudo-accelerationresponses can be obtained. According to the Matlab programming, the acceleration response spectrum is compared with thepseudo-acceleration spectrum, both for El Centro ground motion. At the same time, the Seismic influence coefficient curve with differentdamping and different sites for systems are compared in order to provide references for seismic design.关键词:反应谱;绝对加速度;伪加速度;场地类别;阻尼Key words: response spectrum;acceleration;pseudo-acceleration;site;damping中图分类号:U442.5+5 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)20-0302-030 引言地震活动给人民的生命、财产造成严重的损失。
反应谱
从理论上讲,如果反映谱分析所用的反映谱是时程分析分析时用的地震波所产生的反映谱,而分析又限於弹性阶段,两者几乎没有差别,因为反映谱分析(取足够的模态)只是忽略了影响很小的高阶效应。
但是如果结构进入非弹性阶段,只有用时程分析反应普法有几个假设:1,结构是弹性反应,反应可以叠加;2,无土结的相互作用;3,质点的最大反应即为其最不利反应;4,地震是平稳随机过程.而时程分析是把地震过程安时间步长分为若干段,在每时间段内安弹性分析,算出反应,然后再调整刚度和阻尼.总得一句话,就是步步积分法!①反应谱方法是一种拟静力方法,虽然能够同时考虑结构各频段振动的振幅最大值和频谱两个主要要素,但对于持时这一要素未能得到体现,震害调查表明,有些按反应谱理论设计的结构,在未超过设防烈度的地震中,也遭受到了严重的破坏,这充分说明了持时要素在设计中应该被考虑。
②反应谱方法忽略了地震作用的随机性,不能考虑结构在罕遇地震下逐步进入塑性时,因其周期、阻尼、振型等动力特性的改变,而导致结构中的内力重新分布这一现象。
③反应谱方法假设结构所有支座处的地震动完全相同,忽略基础与土层之间的相互作用。
时程分析方法是一种相对比较精细的方法,不但可以考虑结构进入塑性后的内力重分布,而且可以记录结构响应的整个过程。
但这种方法只反应结构在一条特定地震波作用下的性能,往往不具有普遍性。
我国反映谱方法的曲线是由255条地震波的地震反映的平均值,而非包络值,体现的是共性,但无法反映结构进入塑性的整体结构性能。
时程方法体现的是具体某条地震波的反映,不同地震波作用下结果的差异也很大,需要合理选波。
底部剪力法/反应谱法/时程分析法一些有用的概念/histruct/blog/item/465ce38787299023c75cc357.html从传统的观点来看,底部剪力法,反应谱法和时程分析法是三大最常用的结构地震响应分析方法。
那么正确的认识它们的一些关键概念,对于建筑结构的抗震设计具有非常重要的意义。
【国家自然科学基金】_长周期反应谱_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2011年 科研热词 反应谱 地震响应预测 频谱特性 非线性地震反应 隔震结构 阻尼耗能 长周期结构 长周期地震动 长周期反应谱 长周期 近期大地震 误差分析 精确法 简化计算模型 相对位移反应谱 滞回耗能 汶川地震 桥梁抗震 核电设计谱 核电厂抗震设计 标准反应谱 数值精度 折减系数 抗震设计 强震地面运动 强地面运动 延性系数 基岩场地强震记录 基岩场地 场地条件 地震能量响应 地震地质环境 地震反应谱 地震动特性 地震动地面峰值 地震动 地震作用 反应谱谱形 单自由度系统 卓越周期 加加速度 余弦变换 rc桥墩 推荐指数 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 4 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
推荐指数 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
科研热词 长周期地震动 衰减关系 频谱特性 非线性地震效应 长周期特性 长周期单自由度体系 长周期 近断层滑冲型地震动 输入地震波 设计反应谱 能量谱 能量时频分布 统计一致 简谐地震动 瞬态效应 相关性分析 相位 滞回耗能谱 深软场地 桥梁工程 时程分析 时域包线 抗震设计谱 影响因素分析 强度指标 强地震动 幅频特性 川滇地区 峰值加速度 大地震远场地震动 场地效应 地震动分解 地震动 土层横向不均匀性 反应谱 双线性单自由度体系 单自由度体系 加速度反应谱 人工地震动 二维分析 三角级数法
(完整版)反应谱与时程理论对比
(完整版)反应谱与时程理论对⽐反应谱是在给定的地震加速度作⽤期间内,单质点体系的最⼤位移反应、速度反应和加速度反应随质点⾃振周期变化的曲线。
⽤作计算在地震作⽤下结构的内⼒和变形。
更直观的定义为:⼀组具有相同阻尼、不同⾃振周期的单质点体系,在某⼀地震动时程作⽤下的最⼤反应,为该地震动的反应谱。
反应谱理论考虑了结构动⼒特性与地震动特性之间的动⼒关系,通过反应谱来计算由结构动⼒特性(⾃振周期、振型和阻尼)所产⽣的共振效应,但其计算公式仍保留了早期静⼒理论的形式。
地震时结构所受的最⼤⽔平基底剪⼒,即总⽔平地震作⽤为:FEK= αG其中α为地震影响系数,即单质点弹性体系在地震时最⼤反应加速度。
另⼀⽅⾯地震影响系数也可视为作⽤在质点上的地震作⽤与结构重⼒荷载代表值之⽐。
⽬前,反应谱分析法⽐较成熟,⼀些主要国家的抗震规范均将它作为基本设计⽅法。
不过,它主要适合⽤于规则结构。
对于不规则结构以及⾼层建筑,各国规范多要求采⽤时程分析法进⾏补充计算。
地震作⽤反应谱分析本质上是⼀种拟动⼒分析,它⾸先使⽤动⼒法计算质点地震响应,并使⽤统计的⽅法形成反应谱曲线,然后使⽤静⼒法进⾏结构分析。
但它并不是结构真实的动⼒响应分析,只是对于结构动⼒响应最⼤值进⾏估算的近似⽅法,在线弹性范围内,反应谱分析法被认为是⾼效⽽且合理的⽅法。
反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。
基于不同周期结构相应峰值的⼤⼩,我们可以绘制结构速度及加速度的反应谱曲线。
⼀般情况下,随着周期的延长,位移反应谱为上升曲线,速度反应谱为平直曲线,加速度反应谱为下降曲线,⽬前结构设计主要依据加速度反应谱。
加速度反应谱在短周期部分为快速上升曲线,并且在结构周期与场地特征周期接近时出现峰值,后⾯更⼤范围为逐渐下降阶段。
峰值出现的时间与对应的结构周期和场地特征周期有关。
⼀般来说结构⾃振周期的延长,地震作⽤将减⼩。
当结构⾃振周期接近场地特征周期时,地震作⽤最⼤。
反应谱分析⽅法需要先求解⼀个⽅向地震作⽤响应,再基于三个正交⽅向的分量考虑结构总响应,即基于振型组合求解⼀个⽅向的地震响应,再基于⽅向组合求解结构总响应。
反应谱基本概念
反应谱基本概念反应谱基本概念反应谱是指结构物在地震作用下的最大响应结果。
它描述了地震波在结构物上产生的一系列振动,是结构地震反应特征的全面指标。
反应谱是工程地震学领域中非常重要的一个参数,由多个分量组成,包括加速度、速度、位移和各种响应指标。
1. 加速度反应谱加速度反应谱是指某一结构元件在地震作用下所达到的最大加速度值和所对应的振周期之间的关系曲线,通常用于结构d阶振型、峰值加速度等的计算。
加速度反应谱可以通过谱加法或时程分析法计算得到结构的反应谱曲线。
2. 速度反应谱速度反应谱即某一结构元件在地震作用下所达到的最大速度值和所对应的振周期之间的关系曲线。
速度反应谱通常用于计算结构物的阻尼比、频率和峰值地震反应等参数。
3. 位移反应谱位移反应谱是指某一结构元件在地震作用下所达到的最大位移值和所对应的振周期之间的关系曲线。
位移反应谱通常用于计算最大位移响应、峰值地震反应等参数,是结构抗震设计和分析的重要参考依据。
4. 能量反应谱能量反应谱是指结构物在地震作用下消耗的总能量与频率之间的关系曲线。
能量反应谱通常用于计算能源吸收容量等参数,是结构抗震设计中非常重要的参考依据。
5. 谱加法谱加法是反应谱分析中一种常用的计算方法,它将结构物受多种输入地震加速度地震波作用所产生的反应加和,得出结构整体的反应谱曲线。
谱加法被广泛应用于建筑、桥梁等领域的抗震设计和分析中。
总之,反应谱是地震工程领域关键的性能指标之一,在结构物的抗震设计、强震动下的地震响应分析、地震灾害预防和抵御等方面具有重要意义。
通过对反应谱及其分量的深入研究和计算,可以在抗震设计和抗震分析中提供可靠的理论和技术支持。
反应谱的发展历程
反应谱的发展历程反应谱是指地震时岩土、结构体的动力反应随时间的变化规律。
在地震工程研究和结构设计中,反应谱是重要的工具,能够描述结构在地震作用下的动态响应。
反应谱的发展历程经历了几个阶段,包括早期的经验公式、基于地震记录的分析以及现代反应谱理论的建立。
早期的反应谱起源于工程经验公式,这些公式通过观测到的破坏情况,将地震动力学参数与结构破坏程度联系起来。
早期的经验公式主要基于观测破坏情况的统计分析,虽然粗糙,但为后来的反应谱研究提供了重要的参考。
20世纪60年代,随着地震记录仪的发展,开始有了越来越多的室内地震记录资料。
这些地震记录的分析和处理为反应谱的研究提供了基础。
基于地震记录的反应谱分析方法主要包括调幅谱和频谱。
调幅谱是指通过地震记录的剩余竖向分量的振幅,计算出地震动对结构的影响程度。
调幅谱的缺点是未考虑到地震波的周期,不能准确描述结构的动态响应特性。
频谱是指通过地震记录的剩余速度或加速度,分析出特定周期的地震动对结构的影响程度。
频谱可以较好地描述地震波与结构相互作用的动力特性,但是基于地震记录的反应谱分析方法,难以满足不同地震动特性和结构的设计要求。
20世纪70年代,随着计算机技术的发展,现代反应谱理论逐渐建立。
现代反应谱理论主要代表者之一是32种参考地震动的响应谱,它是利用大量地震记录进行统计处理,得到的一系列地震记录的平均反应谱。
这一系列反应谱代表了不同地震类型和不同场地条件下的动力响应,能够满足不同结构的设计要求。
32种参考地震动的响应谱成为现代结构设计的基准,为结构工程师提供了一个可靠的工具。
随着地震工程理论和技术的不断发展,反应谱理论也在不断完善。
如今的反应谱理论已经从单一的响应谱发展为多种类型的反应谱,如近场地震动反应谱、局部反应谱、频谱拟合等。
这些反应谱能够更加准确地描述地震动对结构的动力响应,为结构设计和抗震评估提供了更为丰富的信息。
总之,反应谱的发展历程经历了从早期的经验公式到基于地震记录的分析,再到现代反应谱理论的建立。
反应谱
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质点的绝对加速度为:
&x& &x&g 2x&2x
2
t 0xg (来自)e(t)c os d
(t
)d
2 2 2
d
t 0
xg (
)e
(t
)
sin
d
(t
)d
2
d
t 0
xg (
)e
(t
)
sin d
(t
)d
质点相对于地面的最大加速度反应为: d
Sa
t (s)
绝对加速度反应谱
Sa
&x&(t) &x&g max
2
T
t 0
2 (t )
&x&g ( )e T
sin
2
T
(t
)d
max
Sa
&x&g max
2 1 T &x&g max
t 0
&x&g (
2 (t )
)e T
sin
2
T
(t
)d
max
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• 反应谱分为:
• 加速度反应谱 • 速度反应谱
• 位移金反品应谱质。•高追求
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一、水平地震作用
运动方程:
&x&(t) 2d x&(t) d2 x(t) &x&g (t) (2.1)
t 将
反应谱理论
V (T ) B1(t)cost B2(t)sint max (22a) V (T ) B1(t)sint B2(t)cost max (22b)
7.3 地震反应谱
由式(22)可见
V (T ) S(t)cos(t ) max
式中
V (T ) S(t)sin(t ) max
(23a) (23b)
u,以它为隔离体,受力如图所示。
m EI h
umg((ut) ug )
图中Fs1和Fs2可由图是有位移法(实 际直接可由形常数)得到
Fms1uFcsu2 k1u2hE3 Iumugk2(tu)
列x方向全部力的平衡方程,即可得结
构的运动方程为
Fs1 cuFs2
uu
h
7.2 单自由度地震作用分析
例-2) 试用刚度法建立图示受地面运动激 m2
k2
h2
fe1 fd1
fe2 fd2
k12
k1
h1
fI1
fI2
7.2 单自由度地震作用分析
图中各项和第二章例子相仿,分别为 fe1 fd1
f I1 m(u1 ug (t )); ui为相对位移
fI1
fd1 c11u1 c12u2; fe1 k11u1 k12u2 ;
f I 2 m(u2 ug (t )) 元素全为1
曲线则分别称为该地震的相对位移、相对速度、绝对
加速度的反应谱,分别记作D(T)、V(T)、A(T)。
讲义上图5-2、5-3和5-4分别为1940年Elcentro南 -北地震分量的相对位移、相对速度、绝对加速度反 应谱.
7.3 地震反应谱
由于一般结构阻尼比很小,可近似认为d,所以从 式(11)-(13)可见,D(T)、V(T)、A(T)分别为
框架结构竖向地震作用加速度反应谱及计算简析
框架结构竖向地震作用加速度反应谱及计算简析作者:李静贾鹏程浩来源:《中国新技术新产品》2013年第01期摘要:大量的地震灾害的研究报告表明竖向地震作用对建筑结构的能造成较大的影响,相对于水平地震我国对竖向地震作用的研究还有待加强。
本文简单地介绍了三种应用较为常见的竖向地震作用计算方法,并将其中的反应谱法与静力法做了简单的比较;阐述了对结构竖向与水平向加速度峰比值(V/H)产生影响的一些因素。
关键字:竖向地震;静力法;反应谱法;竖向加速度反应谱中图分类号:TU31 文献标识码:A地震作用可以分为水平方向与竖直方向两个方向的作用,在以往的观念中,竖向地震作用对建筑结构所造成的破坏远不如水平地震作用所带来的大。
但是自1995年日本的阪神大地震后竖向地震作用这一概念渐渐被人们所重视起来。
我国现行的抗震规范中也只对在高烈度地区的高层建筑及一些特殊的大跨度、长悬臂结构才会在设计中考虑加上竖向地震作用对其的影响,而在一般的建筑设计中则不会考虑到竖向地震作用所带来的影响。
根据水平与竖向地震作用加速度的比值(V/H比),我们可以据此了解某次地震中竖向地震作用相对于水平地震作用所带来的危害大小。
根据多次的地震记录,在一般情况下,地震作用的加速度V/H比值大约在0.5~0.65左右,而在现有的国内外许多资料中,不难发现许多的地震记录中V/H比达到1甚至有竖向地震加速度超过水平地震作用加速度的记录。
例如,1979年的美国帝国山谷地震[1]中V/H比值平均分布在0.77左右,但其中的最大值达到了2.4,1994年美国Northridge地震,记录到V/H比值约为1.79,1995年的阪神大地震和我国的唐山大地震的某次余震的记录中也发现,V/H比值约在1.0左右。
综上所述,竖向地震作用的危险性不容忽视,在对地震灾害的防御措施中,必须要考虑到竖向地震作用对其的影响,尤其是在高烈度地区和地震频发区中更是不容忽视。
由于V/H比值的不确定性,所以对其直接取值0.65是不准确的,对竖向地震作用的计算方法的研究也有待完善。
反应谱相关理论
n
n
27
反应谱相关理论
质点 i第 j 振型的水平地震作用 将质点 i的第 j振型水平地震作用定义为该阶振型最大惯性力,即:
F ji f ji
max
(t ) mi j ji xg (t ) j
(t ) mi j ji xg (t ) j
1
' j
t
o
g ( )e x
j j ( t )
sin (t )d
' j
i
为各振型等效单自由度体系的地震位移反应 则质点 i在任意时刻的水平相对加速度反应为:
多质点体系
(t ) xi (t ) j j ji
j 1
n
26
反应谱相关理论
xg
max
g
可将地震动振幅对地震反应谱的影响分离出来
地震系数与基本烈度关系 基本烈度 地震系数k 6 0.05 7 0.10 8 0.20 9 0.40
11
反应谱相关理论
动力放大系数
动力放大系数的定义
S a (T ) (T ) xg
max
表示不同单自由度结构的反应对于地震 动输入的动力放大系数 特点: ①是一种规则化的地震反应谱,不受地震动振幅的影响。 ②与地震反应谱具有相同的性质,受到体系阻尼比, 以及地震动频谱(场地条件和震中距)的影响。
师所接受;
一般情况下,基于线性假定,应用反应谱法只取少数几个低
阶振型就可以给出结构较为合理的最大反应;
应用反应谱理论进行抗震设计,计算得到的建筑物的地震反
应与实际地震观测的地震反应相差较小。
2
反应谱相关理论
《反应谱理论》课件
桥梁结构的抗震设计是桥梁工程中的重要部分,反应谱理论的应用能够为桥梁结构的抗震设计提供科学依据。
在桥梁结构的抗震设计中,需要根据不同的地震动输入和桥梁的重要性、使用功能等因素,进行结构抗震分析和设计。
反应谱理论能够综合考虑地震动输入的特性、桥梁的动力特性和地震反应,为桥梁结构的抗震设计提供更加准确和可靠的计算和分析方法。
详细描述
时程分析法与反应谱法结合应用是将时程分析法和反应谱法结合起来,用于更准确地模拟结构的地震响应。时程分析法能够模拟地震动的时域历程和结构的非线性行为,而反应谱法可以快速计算结构的反应谱。通过结合两种方法,可以更全面地了解结构在不同地震动输入下的响应特性。该方法广泛应用于高层建筑、大跨桥梁等重要结构的抗震设计。
在地下结构的抗震设计中,需要根据不同的地震动输入和地下结构的重要性、使用功能等因素,进行结构抗震分析和设计。
反应谱理论能够综合考虑地震动输入的特性、地下结构动力特性和地震反应,为地下结构的抗震设计提供更加准确和可靠的计算和分析方法。
地下结构的抗震设计是地下工程中的重要部分,反应谱理论的应用能够为地下结构的抗震设计提供科学依据。
地震反应谱的形成机制
01
02核心,可用于评估结构的抗震性能和进行抗震设计。
01
结构反应计算是指根据地震动输入和结构动力特性,计算结构在地震作用下的位移、速度、加速度等响应。
02
结构反应计算可以采用数值模拟方法,如有限元、有限差分等方法。
反应谱分析方法
反应谱理论的发展趋势与展望
总结词
研究复杂结构体系在地震作用下的反应谱特性,包括高层建筑、大跨度结构等。
详细描述
随着城市化进程的加速,高层建筑和大跨度结构等复杂结构体系越来越多地出现在工程实践中。这些结构的抗震性能对于保障人民生命财产安全具有重要意义。因此,研究复杂结构体系在地震作用下的反应谱特性,对于提高结构的抗震性能和保障结构安全具有重要的理论意义和实际应用价值。
反应谱与标准反应谱的纵坐标
反应谱与标准反应谱的纵坐标一、反应谱与标准反应谱纵坐标的概念反应谱呢,就是在给定的地震动作用下,单质点弹性体系的最大地震反应(可以是加速度、速度、位移等)随结构自振周期变化的曲线。
而标准反应谱呢,是综合了大量的地震记录,经过统计分析等一系列操作后得到的具有代表性的反应谱啦。
那它们的纵坐标就很关键啦,反应谱的纵坐标通常就是表示各种地震反应的数值,像加速度反应谱的纵坐标就是加速度值。
标准反应谱的纵坐标也类似,不过它是经过标准化处理后的数值,这样可以更方便地在工程设计等方面应用呢。
二、纵坐标的影响因素1. 地震动特性不同的地震动,强度、频率成分等都不一样。
比如说一场强烈的地震,它的高频成分可能比较多,那反应谱的纵坐标数值就会比较大,因为高频地震动对结构的影响更剧烈。
而如果是低频成分占主导的地震动,反应谱的纵坐标数值的变化规律又会不一样。
对于标准反应谱,也是同样的道理,不过它考虑的是众多地震动的综合影响。
2. 结构特性结构的自振周期对反应谱和标准反应谱的纵坐标影响超级大。
如果结构的自振周期比较短,就像那些刚性比较大的结构,反应谱的纵坐标可能主要受地震动的高频成分影响,数值会呈现出一种变化趋势。
而对于自振周期长的柔性结构,反应谱纵坐标更多地受低频成分影响,数值又会是另外一种变化模式。
标准反应谱在考虑结构特性时,也是从整体的、统计性的角度去看待这些影响的。
三、纵坐标在工程中的应用1. 抗震设计在建筑抗震设计中,反应谱和标准反应谱的纵坐标是确定结构地震力的关键。
设计师根据结构的类型、所在地区的地震危险性等,利用反应谱或者标准反应谱的纵坐标数值,计算出结构在地震作用下需要承受的力,然后进行结构的强度、刚度等设计。
如果纵坐标数值计算不准确,那结构在地震中的安全性就没法保证啦。
2. 结构性能评估对于已经存在的建筑结构,也可以通过反应谱和标准反应谱的纵坐标来评估它在地震中的性能。
对比实际结构的反应和反应谱纵坐标对应的理论反应,可以知道结构是否满足抗震要求,有没有潜在的安全隐患。
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Un i f o r m De s i g n S p e c t r a l Th e o r y
Xi e L i l i , - .Xu L o n g j u n ,
( 1 . I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s ,C h i n a E a  ̄ h q u a k e Ad mi n i s t r a t i o n ,Ha r b i n 1 5 0 0 8 0 ,C h i n a ;
v o 1 . 4 6 NO . 1 2
De c. 201 3
【 主编特邀 】 ——新一代设计地震动参数研究
专 家点 评 : 我 国是一个地震 多发的 国家, 从 2 0世 纪的邢 台地震 、 通海地震 、 海城 地震 、 唐 山地震 到本世 纪的汶川地震 、 玉树地
震, 再到最近发 生的芦山地震 , 每 次大地震都会给人 民的生命 财产带来 巨大损 失 , 而这种地震损失基本上都是 由于土木工程先遭 受到地 震破 坏才造成的.因此 , 要 减轻地震的损 失首 当其冲的事是要使我们的 土木 工程 能抗御 地震的破坏作用. 土木 工程在地震 中之 所以会 遭受破坏是 由于地震力作 用的结果. 不 同于结构 的静 力荷 载 , 地震力是一种惯性 力 , 是 由于地震 时的地震动迫使结构
大量 强震记 录由于信息不 完备 而得 不到 有效利用的现 实提 出的.首先给 出了地震动双规 准加速度反 应谱 的概念 ,分
析 了双规 准加 速度 谱在表征地震动频谱 特性方面与传统反应谱相 比较所具有的新特点 ,探讨 了双规 准加 速度谱用 于
建 立 抗 震 设 计 谱 的 构 想 和 方 法 ;其 次 ,叙 述 了双 规 准 拟 速 度 反 应谱 的 概 念 ,通 过 对 典 型 近 断层 地 震 动 双 规 准 拟 速 度
中图分类号 : P 3 1 5 . 9 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0 4 9 3 . 2 1 3 7 ( 2 0 1 3 ) 1 2 . 1 0 4 5 . 0 9
Gr o und Mo t i o n Bi — No r ma l i z e d Re s po ns e Spe c t r um a nd
s e i s mi c d e s i g n g r o u n d mo t i o n ) 理 论 和 应 用 的研 究 .
新一代设 计地震动理论 不仅 是对现有设计 地震动的补 充和改进 , 而且是要发展 一套更接近地震动 自身特点和规律 的设 计地
震动 , 使 由此 确 定 的结 构 地 震 荷 栽 更 为合 理 .
2 . De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ,Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y a t We i h a i ,We i h a i 2 6 4 2 0 9 ,C h i n a )
第4 6卷
第 12期
2 0 1 3年 1 2月
天津 大学 学报 ( 自然科学与工程技术版) J o u r n  ̄o f T i a n j i n U n i v e r s i t y ( S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y )
本专栏选登的 5篇 文章 涉及近 断层 区地震 动模 拟、 我 国新一代地震动衰减关 系与场地放大 系数、 抗震设计谱 确定 中的新理论
与方法研 究, 是 中国地震局 工程 力学研究所和哈 尔滨工业 大学承担 的国 家 自然科 学基金 重点项 目、 9 7 3 项 目、 国家国际科技合作 专项和科技部地 震行 业专项项 目的最新研 究结果 , 属 于地 震工程 学中的重点研 究领域 , 具有重要 的科 学意义和应用价值 , 相信会 为从 事这一领域研究和应 用的读者有一 定的参考价值 .
谱的分析 ,将 双规 准拟速度谱应 用于近 断层 设计谱的确定 中;最后 ,针 对双规准反应谱在表征地震 动一致特性方面
的 突出优势 ,提 出了基 于双规 准反应谱发展 统一设 计谱 理论 ,并建立新一代抗 震设 计谱 理论体 系的设 想. 关键词 :强地震动 ;反应谱 ;双规准反应谱 ;统一设计谱
产 生强迫振 动导致的. 因此 , 确 定合理的抗震设计地震动参数是 保证工程结构抗震安全 的基础 . 设 计地震动参数主要 包括地震动
峰值和抗 震设计谱 , 它们都 是根 据 以往地震 时实际测量到 的大量强震记录分析的 结果 , 结合 抗震理论和工程经验 , 按 照约定的方
法经合理 简化后 得到的.随着近年来 国内外 强地震 动资料的 大量获取和 积 累, 人 们对地震动 的特性有 了进 一步的认 识 , 为 了使这 些新的认识 能够及 时地反 映到我们 的抗 震设 计 中, 从 本世纪开始世界上许 多国家都先后 开展 了新一代设计地震 ( n e w g e n e r a t i o n
中 国工 程 院 谢 礼 立
DOI 1 0 . 1 1 7 8 4 / t d x b 2 01 3 1 2 0 1
双 规准反应谱与统一设计谱理论
谢 礼 立 一, 徐 龙 军 ,
( 1 .中 国地震局工程力学研究所 ,哈尔滨 1 5 0 0 8 0 ;2 哈尔滨工业大学 ( 威 海) 土木工程系 ,威海 2 6 4 2 0 9 ) 摘 要 :双规 准反 应谱的概念和统 一设 计谱 的理论是基 于 当前 各类结构抗震规 范设计谱普遍存在 的不确定性和现有